人类火星计划||每年预算超过20亿美元的人类最强星舰
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科技
2023-05-02 19:06
浙江
本周来聊聊关于SpaceX Starship的内容，做一下内容的搬运工。航天器的开发是一项非常高风险且“爆炸性”的业务。Space X的星舰原型机就就是一个很好的例子，在星舰的研发过程中，爆炸、破裂和着陆失败已经屡见不鲜了。星舰技术的先进性就在于它的发射系统是可重复利用的，简单来说就是你着陆到一个星球上后，可以再次进行点火，这是人类实现星际旅行梦想的关键一步。本次于April/20/2023发射升空的测试原型机被称为Starship
orbital launch attempt，这是在经过原型机SN15点火测试之后，第一次希望实现轨道运行的航天器。飞行了四分钟，经历了一段激动人心的旅程，这是它有史以来第一次离开发射台的轨道发射尝试。 火箭从 Starbase 起飞，但在发射后约三分钟左右遇到了级分离问题，超重型推进器的第一级并没有按照预想的断开连接，星舰在空转快速反转，并发生了爆炸。虽然最后失败了，但对于Space X来说其实是很好的一次技术验证。在网络直播的过程中，发生爆炸后，SpaceX的直播员第一时间在网络中说的是：“能走到这一步真的是太棒了，从基台上起飞后的一切都是有意义的。”首先贴一张本次发射最喜欢的一张图片，这张照片中真的是有星辰大海的感觉讨论星舰的具体参数没有意义，因为它在地球上不具备任何可比性。5000吨的发射重量，7000吨的发射推力，这已经是用于阿尔忒弥斯计划的SLS火箭的两倍。整个组合体包括位于顶部的星舰S24号，以及作为第一级的助推器B7号。两级都使用了猛禽2液氧甲烷发动机。单台猛禽2发动机的推力大约230吨，其中B7助推器上并联了多达33台猛禽2发动机。相比之下，长征7号的YF100发动机推力是120吨，起飞需要6台。星舰此前进行过多次大气层内飞行测试，但是助推器还没有测试过飞行，只是进行了静态点火。首次发射任务并不是一次轨道级发射，虽然远地点在200公里，但是飞行不到一圈就返回，不具备入轨物体，更像是一个导弹。需要注意，本次首飞任务不会回收。B7助推器将落入墨西哥湾，而S24将落入夏威夷附近海域。B7将尝试自主返回，只不过返回点就在海上，回收船还没有造好。而S24据说就直接腹部落水，并不打算最后换成返回姿态。接下来介绍一下Starship原型机各个阶段的测试过程，以及Musk和他的团队在每次测试中的积累的经验。SpaceX 的 Starship SN1 助推器，在 2020 年 2 月 29 日在该公司位于德克萨斯州博卡奇卡的测试站点进行的液氮压力测试中爆裂。SpaceX 的 SN1 原型机于 2020 年 2 月 28 日在德克萨斯州博卡奇卡附近的发射台进行压力测试时爆裂。 当时，原型机正在进行液氮压力测试。 原型机的中段弯曲，然后在撞到地面之前向上弹射。根据爆炸后不久发布的一系列推文，公司创始人埃隆马斯克似乎泰然处之并提前考虑加强 SN2。 “那么……你晚上过得怎么样？”其中附有SN1爆炸的视频。 随后回复到“没关系，我们会把它擦亮”。原型星际飞船 SN3 的另一项低温压力测试（SN2 测试件很好）也没有按计划进行。 星舰 SN3 的原型油箱于 2020 年 4 月 2 日倒塌。SN3 试图证明它能够承受发射前装载的极冷燃料的高压。马斯克表示 SN3 在前一天晚上通过了环境温度测试。 “我们将在早上看到数据审查的结果，但这可能是一个测试配置错误，”马斯克在后续推文中说道，并在另一条推文中补充道，“一些阀门在低温下泄漏，修复后，将很快重新测试。”SpaceX 的下一个原型星舰 SN4 在火箭发动机测试后不久于 2020 年 5 月 29 日发生了剧烈爆炸。 在对其猛禽火箭发动机进行短暂测试后仅一分钟就发生了戏剧性的故障，但在爆炸发生后立即不清楚是什么导致了大火。 就像过去的爆炸一样，马斯克一直说公司不断从每一次测试中学习并不断前进。也就是说，星际飞船 SN4 是当时迄今为止寿命最长、测试最多的星际飞船原型。 SN4 在爆炸前经受了五次静态消防发动机测试。在星际飞船 SN4 失败后，SpaceX 开发了 SN5 和 SN6 原型，然后转向 SN7，该公司有意将其推向失败。Starship SN7 原型罐在 2020 年 6 月 23 日的压力测试中破裂，但这是计划内的故障。 SN7 在一周前完成了另一次压力测试，导致泄漏； 考虑到计划中的爆炸，第二次测试更加引人注目。马斯克在 2020 年 6 月 15 日的评论中说，对 SN7
Starship 储罐的首次测试泄漏但没有爆炸，这是该计划发展的一个有希望的迹象。他补充说，该公司正在从 301 不锈钢转向 304L。SN8 原型机于 2020 年 12 月 9 日进行了一次戏剧性的飞行，在未能坚持着陆并喷出火球之前成功达到了几个里程碑。 该原型机使用其三个 Raptor 发动机发射到大约 7.8 英里（12.5 公里）的高度。在最高高度，火箭关闭其发动机并执行“腹部俯冲”以滑翔至发射台。 然而，在着陆前再次点燃发动机以尝试垂直着陆后，由于低于预期的燃料箱总压力，火箭着陆速度过快。马斯克对进展感到满意。 马斯克于 12 月 9 日在 Twitter 上写道：“SN8做得很好！”， “即使达到最高点也很棒，把陨石坑放在正确的位置是史诗般工作。”2021 年 2 月 2 日，SpaceX 的星际飞船 SN9 原型从该公司位于博卡奇卡附近的南德克萨斯工厂进行了 10 公里的测试发射后，在着陆过程中坠毁并爆炸。SpaceX 的星际飞船 SN9 在 2021 年 2 月 2 日成功攀升至比 SN8 更高的高度，然后在着陆时经历了自己的炽热爆炸。 它达到了大约 6.2 英里（10 公里）的目标高度，并进行了复杂的水平翻转以模拟重返地球大气层。 但它在飞行了 6.5 分钟后，对着陆点的撞击过于猛烈，导致了灾难性的结局。SpaceX 首席集成工程师约翰·因斯普鲁克 (John Insprucker) 在 SpaceX 的新闻发布会上说：“再次强调，我们只需要在着陆上做一些工作。” 他补充说：“我们获得了很多有用的数据，而主要目标展示在亚音速再入中对飞行器的控制，目前结果看起来非常好，我们将从中得到很多。”著名的SN10的现场照片合成图。进行了一次10公里高的起飞返回测试。这次测试落地后不久，就突然炸机。2021 年 3 月 3 日，SpaceX 的星际飞船 SN10 火箭原型在该公司位于德克萨斯州南部的发射场成功升空并软着陆后发生爆炸。星舰原型 SN10 比其前身 SN9 做得更好，飙升至 6.2 英里（10 公里）的计划高度，进行了水平再入翻转练习，然后返回 地面平稳着陆。 不幸的是，着陆后不久，SN10 基地附近出现了一些火焰，车辆很快在发射台上爆炸。马斯克后来在推上表示，由于燃料总箱的问题可能导致推力低，航天器的着陆速度有点太快了。 硬着陆压坏了着陆系统的支腿，以及部分发动机裙板。 由此造成的损坏导致几分钟后发生爆炸。2021 年 3 月 30 日，SpaceX 的星际飞船 SN11搭载着三个 Merlin 发动机在浓雾中升空，结果遭遇了与其前身 SN10 相似的命运。与 SN10 一样，星舰 SN11 飞到 6.2 英里（10 公里）的高度，然后返回地球进行着陆尝试。 飞行六分钟后，其机载摄像头中断了。 显然，它在返回地球之前在着陆台上方爆炸。“看来我们又对 11 号星际飞船进行了一次激动人心的测试，”SpaceX 发射评论员约翰因斯普鲁克在广播中说。 “星舰11号回不来了，别等着陆了。”埃隆马斯克后来写道，星际飞船 SN11 上的三个猛禽发动机中的二号发动机在上升过程中遇到了问题，并且在着陆燃烧时重新点燃时只会变得更糟。 “着陆燃烧开始后不久发生了一些重要的事情。一旦我们今天晚些时候可以检查这些位，就应该知道它是什么，”马斯克当时在推特上写道。在星际飞船 SN11 失败后，SpaceX 在经历了几次迭代后暂时停止了发射。 SpaceX 的 Starship SN15 火箭原型于 2021 年 5 月 5 日从德克萨斯州南部博卡奇卡村附近的 SpaceX Starbase 试验场发射 10 公里试飞。这次试飞发生在Alan Shepard进入太空 60 周年之际，他是第一位进入太空的美国人，本次试飞解决了 SpaceX 在开发星际飞船时所学到的所有经验教训。“SN15 在结构、航空电子设备和软件方面对星际飞船进行了改进，而发动机将在整个生产和飞行过程中提高速度和效率：具体而言，我们有新的航空电子设备套件、更新的推进剂架构以及新的 Raptor 发动机设计和配置。”SpaceX 代表在飞行报告中。
